基于流固耦合的液力变矩器性能分析及其叶片结构参数优化

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1、学校代号10530学号201230071572分类号TH132密级公开硕士学位论文基于流固耦合的液力变矩器性能分析及其叶片结构参数优化学位申请人李冰彬指导教师聂松辉教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机械创新与优化设计二〇一五年六月七日ThePerformanceAnalysisofHydraulicTorqueConverterBasedonFluid-structureInteractionandtheImprovedDesignforItsBladeConstructionCandidateL

2、iBingbinSupervisorProfessorNieSonghuiCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationMechanicalinnovationandoptimizationdesignDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师

3、的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中＾＾＾＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：ｉ；鴻冰馬日期ｊｏ牌备月ｙ曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可将本学位论文的全部或部分

4、内容编入有关数据库进行检索，可１＾１采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。■作者签名：日期：年＾月７日导师签名：日期：５月日［１？）（（＾＾摘要作为液力传动车辆的一个关键部件，液力变矩器的主要作用是以传动油为工作介质完成发动机与自动变速箱之间扭矩的转变，其性能直接与车辆性能相关。然而液力变矩器属于多叶轮流体机械，各工作轮叶片表面、内环面以及外环面均为不规则的空间曲面，且各叶轮之间还存在相互干扰，使得其内部真实流动十分复杂。此外，实际工况下，各工作轮

5、叶片不仅受到叶轮旋转产生的离心力的作用，其正背面还会受到内部油液流动所产生的压力载荷的作用。当液力变矩器运转速度较快或载荷增加较明显时，各工作轮叶片在上述两种力的作用下将产生形变，从而使得工作效率降低。为提高车辆液力传动的效率、加强叶片强度、延长使用寿命，论文以有内环三元件液力变矩器为研究对象，对其三维造型、内部流动数值模拟与性能分析、叶片强度分析以及叶片结构参数优化等问题进行了研究，主要完成了如下研究工作：分析了液力变矩器的工作原理，并对其特性参数、特性曲线以及性能评价指标进行了探讨。运用UG完成了变矩器各零

6、部件的三维建模，获得了各叶轮叶片及相应流道的三维模型，确定了流场数值模拟分析的计算区域。并提出了分区网格划分法，有效解决了有限元仿真分析过程中网格单元产生的畸变问题，得到了高质量的网格模型。在适当假设的基础上，探讨了三维流动的计算公式；针对流固耦合分析的一般流程，讨论了其数值计算方法、湍流模型以及速度耦合算法；并利用ANSYS/Fluent流体分析工具分析计算了三个典型工况下，泵轮、涡轮以及导轮的压力和速度分布情况。通过将ANSYS/Fluent计算结果中的压力载荷施加到叶片结构动力学模型中，研究了在流固耦合作

7、用下叶片的变形情况和等效压力分布情况。基于流固耦合分析方法，对泵轮叶片结构参数的优化进行了研究，实例结果验证了参数优化的合理性。关键词液力变矩器；流固耦合；流场分析；性能分析；网格划分；参数优化IAbstractThehydraulictorqueconverter(HTC)isakindofnon-rigidtorqueconverterwhichusingliquidastheworkingmediumtocompletethetorquetransformationbetweentheengineandt

8、heautomatictransmission.Sinceitisakeycomponentofthefluiddrivevehicles,itsperformancewilldirectlyaffecttheperformanceofthevehicle.However,theHTCismultipleimpellersfluidmachinery,thesurfacesofitsb